Transcript 第7章物料搬运系统设计
第7章 物料搬运系统设计 引 导 案 例 • 一家手表带厂生产几种金属表带，表带由若 干咬合齿片组成。 • 它的工艺是，用冲床冲压出这些齿片，然后 操作工人将生产好的元件装满容器箱后，将 容器箱送往装配线进行装配。 • 工厂原来整个生产周期需要48天。 • 显然这么长的时间在激烈的竞争环境下是难 以接受的，于是工厂请张教授寻找问题根源。 • 由于张教授的工业工程背景，很快就确定了 问题的所在。 – 首先是所用容器箱太大，需要花很多时间才能装满 这种容器箱， – 其次冲床成为一个瓶颈，限制了整个系统的生产率。 • 张教授提出的建议是： – 第一，用小得多的容器箱向下游频繁地传送元件； – 第二，增加一台冲床。这样可将生产周期降到4天。 7.1 物料搬运概述 • 物料搬运（Material Handling）是制造企业生产 过程中的辅助生产过程，它是工序之间、车间之 间、工厂之间物流不可缺少的重要环节。 • 据国外统计：在中等批量的生产车间里，零件在 机床上的时间仅占生产时间的5%，而95%的时间 消耗在原材料、工具、零件的搬运、等待上，物 料搬运的费用占全部生产费用的30~40%。 • 为此，设计合理、高效、柔性的物料搬运系统， 对压缩库存资金占用、缩短物流搬运所占时间， 是十分必要的。 7.1.1 物料搬运的概念 • 物料搬运是指在同一场所范围内进行的、 以改变物料的存放（支承）状态（即狭义 的装卸）和空间位置（即狭义的搬运）为 主要目的的活动， • 即对物料、产品、零部件或其他物品进行 搬上、卸下、移动的活动，如装卸、移动、 分类、堆码、理货和取货等作业都属于物 料搬运活动。 基本概念 • 装卸搬运是物料装卸和物料搬运两项作业的统称。 这两项作业又密不可分，习惯上常常以“装卸” 或“搬运”代替“装卸搬运”的完整涵义。 • 流通领域：装卸搬运=“货物装卸”；生产领域： “物料搬运”。 • 一般，在强调物料存放状态的改变时，使用“装 卸”一词，在强调物料空间位置的改变时，使用 “搬运”这个词。因此在本书中统一使用“物料 搬运”一词概括物料的装卸搬运活动。 • 物料搬运的基本内容有三项：即物料，移动和方 法。这三项内容是进行任何搬运分析的基础。 7.1.2 物料搬运的原则 • 国际物料管理协会下属的物料搬运研究所浓缩数十年物料 搬运专家的经验，总结出了物料搬运的20条原则：美国物 料搬运教育大学与产业联系理事会(CICMHE)将其进一步 浓缩为10条原则，如下所示： • (1) 规划原则。全面考虑需求、作业目标和功能要求来规划 所有的物料搬运和物料存储工作。 • (2) 标准化原则。物料搬运方法、设备、器具、控制和软件 应标准化，以达到系统总体作业目标，且不牺牲灵活性、 模块化和吞吐量的要求。 • (3) 工作原则。物料搬运工作应当尽可能最少，且达到作业 所需的生产率和服务水平。工作的衡量可以用运量乘以运 距来衡量，即W=F*D。 • (4) 人机工效原则。在设计物料搬运作业和选择设备时，要 考虑人的作业能力和局限性，以保证安全和有效的作业。 • (5) 集装单元化原则。尽可能采用标准容器与装载工具集装 物料，以利搬运过程的标准化、集装化。 原则 • (6) 充分利用空间原则。最大可能地充分利用建筑物的整 个空间，包括高度方向。不要忘了往上看。 • (7) 系统化原则。尽可能广泛地把各种搬运活动当作一个 整体，使之组成相互协调的搬运系统。其范围包括收货、 检验、储存、生产、检验、包装、成品储存、发货、运输 和反向物流等。 • (8) 自动化原则。应当采用合理的作业机械化和/或自动化， 以提高作业效率、反应速度和一致性，降低成本并消除重 复性和有潜在不安全性的人工作业。 • (9) 环境原则。在设计物料搬运系统和选择设备时，应当 将对环境的影响和能量消耗作为一个重要依据。 • (10) 全生命周期成本原则。对所有的物料搬运设备和最终 的物料搬运系统，应当作出它们在整个生命周期内的全面 深入的经济分析。 7.1.3 物料搬运活性分析 • 用物料活性系数来衡量物料搬运的难易程 度，这也是物流分析的一个重要指标。 1．活性系数 • 搬运处于静止状态的物料时，需要考虑搬运作业所必 需的人工作业。 • 物料搬运的难易程度称为活性。 • 我们用活性系数来衡量，所费的人工越多，活性就越 低。反之，所需的人工越少，活性越高，但相应的投 资费用也越高。 移动 装车 支垫 装箱 散放 0 3 2 1 4 运走 升起 搬起 集中 • 散放在地上的物料要运走，需要经过集中、搬起、升起和 运走四次作业，所需的人工作业最多，即活性水平最低， 即活性系数定为0。活性指数确定的原则见下表所示。 • 在对物料的活性有所了解的情况下，可以利用活性理论， 改善搬运作业。 2．活性分析图表 散 • 搬运作业活性分 析图。 • 考虑提高某些作 业的活性系数， • 如活性系数为0的 散放，通过放入 容器中（活性系 数为1）或码放在 托盘上（活性系 数为2），来提升 搬运活性，提高 工作效率。 放 装 入 在 车 地 上 内 移 动 卸 放 装 入 在 车 地 上 内 移 动 置 在 用 叉 在 托 车 系 盘 上 搬 运 数 放 车 移 动 架 放 合 计 4 16 活 3 性 9 系 2 2 研究： 数 1 装入容器中，活性系数1 放在托盘上，活性系数2 0 0 1 2 3 4 5 6 7 作业工序流程顺序 8 9 10 27 平 均 2.7 • 计算平均活性系数。图中的平均值2.7 由下式计算： • 平均活性系数= 活性系数总和 / 作业 工序数 • 这样，由平均活性系数的大小，可以采用以下不 同的改进方法： – – – – 低于0.5：有效利用集装器具、手推车。 0.5 ~ 1.3：有效利用动力搬运车、叉车、卡车。 1.3 ~ 2.3：有效利用传送带、自动导引车。 2.3以上：从设备、方法方面进一步减少搬运工序数。 • 总之，活性系数越高，所需人工越少，但设备投 入越多。在进行搬运系统设计时，不应机械地认 为活性系数越高越好，而应综合考虑。 移动 装车 支垫 装箱 散放 2 1 0 集中 搬起 4 3 升起 运走 7.1.4 物料搬运的单元化与标准 化 • 实现单元化和标准化对物料搬运的意义非常重大。 1. 物料实行单元化后改变 了物料散放状态，提高 了搬运活性指数，易于 搬运，同时也改变了堆 放条件，能更好地利用 仓库面积和空间； 2. 实现标准化能合理，充 分地利用搬运设备、设 施，提高生产率和经济 效益。 1. 单元化 • 单元化是将不同状态和大小的物品，集装成一个搬运单元， 便于搬运作业。也叫做集装单元化或单元载荷(Unit Load)， 它是物料搬运中最重要的一个概念。 • 集装单元可以是托盘、箱、袋、筒和集装箱等，其中以托 盘和集装箱应用最为广泛。 • 采用单元化的主要优点是增加了一次搬运更多物品的能力， 减少了搬运次数，降低搬运成本、减少装卸次数和物品的 破损。 • 具有一定规格尺寸的货物单元，便于搬运机械的操作，减 轻人力装卸，从而提高生产作业率。 • 另外，集装单元可以防止物品散失，易于清点和增加货物 堆码层数，更好地利用仓库空间。 • 单元化是将规模思想应用到不同物料的搬运中，其效果已 在物流业得到最好的印证。 1. 单元化Unitizing • 单元化还要考虑物料的包装。 • 零部件的包装形态和装箱数是与日常作业有紧密 联系的，若在装箱时调整，就会浪费很多时间。 • 因此，在进行新产品的生产准备阶段，就要进行 充分的考虑。比如以下问题： – – – – – – – – 相对于生产量，每箱数量合适吗？ 零部件箱子是否比实际需要大？ 零部件箱能否重叠堆放？ 箱重合适（劳动法建议15kg/箱以下）吗？ 放置方法容易清点吗？ 是否容易发生品质问题？ 包装是否过剩？ 包装票容易取放、引人注目吗？ 2. 标准化Standardization • 标准化是指物品包装与集装单元的尺寸 （如托盘的尺寸，包箱的尺寸等）要符合 一定的标准模数，仓库货架、运输车辆、 搬运机械也要根据标准模数决定其主要性 能参数。 • 有利于物流系统中各个环节的协调配合， 在易地中转等作业时不用换装，提高通用 性，减少搬运作业时间，减轻物品的散失、 损坏，从而节约费用。 1) 物流基础模数 • 物流基础模数尺寸是标准化的基础，它的作用和建筑模数 尺寸的作用大体相同，其考虑的基点主要是简单化 • 。基础模数尺寸一旦确定，设备的制造，设施的建设，物 流系统中各个环节的配合协调，物流系统与其他系统的配 合，就有了依据。 • 目前ISO中央秘书处及欧洲各国已基本认定以600 mm×400mm为基础模数尺寸，我国尚在研究。 • 由于物流标准化比其他标准化系统建立较晚，因此，确定 基础模数尺寸主要考虑对物流系统影响最大而又最难改变 的输送设备，采用“逆推法”，即由输送设备的尺寸来推 算最佳的基础模数。 • 同时也考虑到现在已通行的包装模数和已使用的集装设备， 以及人体可能操作的最大尺寸等因素而定。 2) 物流模数 • 物流模数即集装单元基础模数尺寸（即最小的集 装尺寸）。 • 集装单元基础模数尺寸，可以从 600mm×400mm按倍数系列推导而来，也可以 在满足600mm×400mm的基础模数的前提下， 从卡车或大型集装箱的分割系列推导出来。 • 物流模数尺寸以1200mm×1000mm为主，也允 许1200mm×800mm及1100mm×1100 mm 等规 格。 • 物流基础模数尺寸与集装单元基础模数尺 寸的配合关系，以集装单元基础模数尺寸 1200mm×l000mm为例，如图所示。 600 1000 400 600 600 1200 • 欧式托盘尺寸为 1200×800mm，日式 托盘为1100mm方托盘， 美式为48×40英寸， 试问它们可以由几个物 流基础模数尺寸组成？ 以图示之。 • 良好的配合关系便于全球的通用化和一体化， • 例如第三代欧洲标准可堆式物流周转箱的五种规 格是 – – – – – 300×200×165 400×300×165 400×300×295 600×400×295 600×400×165， • 适合1200×1000国际标准和1200×800欧洲标准 托盘。 7.2 物料搬运系统 • 物料搬运是物流系统的主要活动，在物流 系统中各环节的前后或同一环节的不同活 动之间都有装卸搬运活动的发生。 • 物料搬运是在已经设计和建立的物流系统 条件下，使系统中的物料（包括液体、散 装物体、单件物体、包装件、单元装载体 等）按照生产工艺及服务的要求运动，以 实现系统设计提出的目标。 • 它不仅是一项技术作业，也是物流系统的 控制与管理活动。 • 设备、容器和路线结构共同组成物料搬运系统。 • 其中设备决定了路线是固定的，还是变动的，例 如传送带就是固定路线式设备；叉车则是可变路 线的设备，只要有通道，就可以一处到另一处。 • 路线结构分为直达型和间接型两种，其中间接型 结构又分为渠道型和中心型。 • 容器集纳并保护产品， – 大的容器可以满足设备生产能力的需要，通常需要直 达型路线，例如叉车叉起的一托盘货物。 – 小的容器不能满足设备生产能力的需要，就要采用渠 道型和中心型间接路线。 • 物料搬运系统中设备、容器性质取决于物料的特 性和流动的种类。 • 由于前面第4章时我们说过，合理的生产布局能够保证物 流的顺畅，减少无价值的搬运动作，提高现场的管理透明 度和生产效率。 • 搬运是所有作业中附加的动作，包括：搬运、倒退让路、 排除路障、堆码、清点、整列、寻找、停下与返回等，其 本身并不增值。 • 把零件、材料从仓库运到生产线，为了运送物品需要工具 和搬运交换，这一切是必不可少的。 • 但是，没有必要的搬运和长距离的搬运是浪费。 • 搬运的浪费往往因为工厂布局、流水线制造、工程设定等 考虑不周而造成。 • 要降低搬运的浪费，首先要考虑改善工厂的布局，做到即 使不搬运，也可以完成工作任务，其次才是考虑搬运手段 的合理化。 7.2.1 物料控制系统 • 按Tompkins等人的观点，物料搬运是“用正确的方法，以 正确的成本，按正确的程序，在正确的时间，将正确的物 料，以正确的数量，运送到正确的地点。” • 这里所指的物料不仅包括生产所需的物料，还包括辅助装 备和工具，如刀具、模具和夹具等。 • 从这个角度，物料搬运是物流系统的控制与管理活动。 • 它在已经设计和建立的物流系统条件下，使系统中的物料 按生产、工艺及服务的要求运动，以实现系统设计提出的 目标。 • 物料控制系统是现代物料搬运系统不可缺少的灵魂部分。 • 零部件编号系统、定位系统、库存系统、标准化、生产批 量、订单数量、安全库存量、标签和自动标识技术等都是 控制工厂物料流动的所必须的，没有它们就根本谈不上上 述的几个“正确”（R）。 • 物料搬运系统具有五个维度：移动、数量、时间、空间和 控制。 • 移动物料产生了时间和空间效用，正确的数量、时间和空 间离不开精确的控制。 • 控制包括对物料物理和状态两个方面的控制。 – 物理控制是指对物料的方位、顺序和相互间隙的控制； – 状态控制是对物料的位置、数量、目的地、初始地、所有者、进 度安排的实时状态控制。 • 据统计，物料搬运涉及企业25%雇员的工作，占有55%的 工厂空间和87%的生产时间。 • 物料搬运占制造产品总成本的15~70%；3~5%的产品由 于搬运不当而受损；而且，50%以上的工伤事故起源于物 料搬运。 • 总之，通过改善对物料的控制，尤其是采用信息系统来管 理，可以降低库存量、减少盗窃、提高安全性，使物料搬 运成为降低企业总成本的一种方法。 7.2.2 物料搬运方程式 • 物料搬运系统设计是一个十分复杂的问题，设计人员必须 具有相当多的操作方面的知识，以及物料搬运方面软件和 硬件的知识。 • 物料搬运系统的有效设计需要设计人员从内到外地理解问 题，设计出有效的解决方案。 • 物料搬运方程式在解决物料搬运问题的各个方面都被证明 十分有用。设计者需要考虑6个主要的问题，即6个变量。 这六个变量就是著名的5W1H法（六问法），如图所示。 W hy? W hat? 物料 W here? + W hen? 移动 H ow ? + 物料料搬运系统变量 W hich? W ho? 方法 = 系统 7.3 搬运系统分析方法 • 搬运系统分析(System Handling Analysis, SHA)是缪瑟提出的一种系统分析方法，适 用于一切物料搬运项目。 • SHA方法包括： – 一种解决问题的方法； – 一系列依次进行的步骤和一整套关于记录、评 定等级和图表化的图例符号。 物料搬运系统分析过程如图所示。 主 要 输 入 数 据 P、 Q、 R、 S、 T I． 外 部 衔 接 阶 段 1． 物 料 的 分 类 II． 总 体 搬 运 方 案 III． 详 细 搬 运 设 计 时间 ⒉ 布 置 IV ． 方 案 实 施 序 物料搬运分析 4． 移 动 的 图 表 化 ⒌ 1． 物 料 程 3． 移 动 的 分 析 物 料 搬 运 方 法 2． 移 动 3． 方 法 6． 初 步 搬 运 方 案 的 知 识 与 理 解 7． 修 改 和 限 制 8． 各 项 需 求 计 算 多 种 搬 运 方 案 X、 Y、 Z 基本内容 模式 9． 方 案 的 评 价 选定搬运方案 7.3.1 SHA阶段结构 • 第I阶段——外部衔接。 – 这个阶段要弄清整个区域或所分析区域的全部 物料进出搬运活动。 – 在这之前，先要考虑所分析区域以外的物料搬 运活动，就是把区域内具体的物料搬运问题同 外界情况或外界条件联系起来考虑。 • 第II阶段——编制总体搬运方案。 – 这个阶段要确定各主要区域之间的物料搬运方 法。 – 对物料搬运的基本路线系统、搬运设备大体的 类型以及运输单元或容器做出总体决策。 7.3.1 SHA阶段结构 • 第III阶段——编制详细搬运方案。 – 这个阶段要考虑每个主要区域内部各工作地点之间的物料搬运， 要确定详细物料搬运方法。 – 例如，各工作地点之间具体采用哪种路线系统、设备和容器， – 如果说，第II阶段是分析工厂内部各车间或各厂房之间的物料搬运 问题，那么第III阶段就是分析从一个具体工位到另一个工位或者 从一台设备到另一台设备的物料搬运问题。 • 第IV阶段——方案的实施。 – 任何方案都要在实施之后才算完成。 – 这个阶段要进行必要的准备工作，订购设备，完成人员培训，制 定并实现具体搬运设施的安装计划，以及后面的实施与管理。 • 上述四个阶段是按时间顺序依次进行的。但是为取得最好 的效果，各阶段在时间上应有所交叉重叠。总体方案和详 细方案的编制是物流系统规划设计人员的主要任务。 物料搬运系统分析时所需输入的主要数据是： • P——产品或物料（部件、零件、商品） • Q——数量（销售量或合同订货量） • R——路线（操作顺序和加工过程） • S——后勤与服务（如库存管理、定货单管 理、维修等） • T——时间因素（时间要求和操作次数） 7.3.2 物料的分类 • 在选择搬运方法时，最有影响的因素通常是所要 搬运的物料。 • 对任何物料搬运问题，先要解决的问题是搬运什 么？ • 如果需要搬运的物料只有一种，那我们唯一要做 的就是弄清这种物料的特性。 • 如果多种不同的物品，则必须按“物料类别”对 它们进行分类。 • 对同一类的物料采用同一方式进行搬运。 • 对所有的物料进行分类，第一可简化分析工作， 第二有助于把整个问题化整为零，逐个解决。 1．物料的分类方法 • 物料分类的基本方法是： – 固体、液体还是气体； – 单独件、包装件还是散装物料。 – SHA的物料分类是根据影响物料可运性（即移动的难 易程度）的各种特征和影响能否采用同一种搬运方法 的其他特征进行分类的。 • • • • 物理特征通常是影响物料分类的最重要因素。 数量也特别重要。 时间方面的各项因素。 特殊控制问题往往对物料分类有决定作用。 1．物料的分类方法 • 物理特征通常是影响物料分类的最重要因素。就是说， 任何物料的类别通常是按其物理性质来划分的。 • 数量也特别重要。搬运大量的物品同搬运小量的物品 一般是不一样的。另外，从搬运方法和技术分析的观 点出发，适当归并产品或物料的类别也很重要。 • 时间方面的各项因素，一般急件的搬运成本高，而且 要考虑采用不同的方法。间断的物流会引起不同于稳 定物流的其他问题。季节的变化也会影响物料的类别。 • 特殊控制问题往往对物料分类有决定作用。麻醉剂， 弹药，贵重毛皮，酒类饮料，珠宝首饰和食品等都是 一些受政府法规、市政条例、公司规章或工厂标准所 制约的典型物品。 • 但在实际分类时，往往起作用的是装有物 品的容器。 – 要按物品的实际最小单元（瓶、罐、盒等等） 分类， – 或按最便于搬运的运输单元（瓶子装在纸箱内， 衣服包扎成捆， – 板料放置成叠等等）进行分类，即前面提到的 单元化和标准化。 – 在大多数物料搬运问题中都可以把所有物品归 纳为8~10类。 2．物料分类的程序 • 根据物料的主要特征，对所调查物品进行经验判断，编制 物料特征表，如下。 物料分类应按以下程序进行： • 列表标明所有的物品或分组归并的物品的 名称。 • 记录其物理特征或其他特征。 • 分析每种物料或每类物料的各项特征，并 在主导、起决定作用的特征下面划标记线。 • 确定物料类别，把那些具有相似的主导特 征或特殊影响特征的物料归并为一类。 • 对物料分类后，如用a、b、c、d表示，即 可编制物料特征表。 7.3.3 布置 • 对物料鉴别并分类后，根据SHA的模式，下一步就是 分析物料的移动。 • 分析移动前，先要分析系统布置，因为布置决定了移 动和距离，并影响影响搬运设备和容器的选择。 1．布置对搬运的影响 • 当我们根据现有的布置制订搬运方案时，路线和距离 几无更改余地。 • 然而，只要能达到充分节省费用的目的，我们就很可 能要改变布置。 • 所以，我们往往要同时对搬运和布置进行分析。 • 如果项目本身要求考虑新的布置，并作为改进搬运方 法的规划工作的一部分，那么规划人员就必须把两者 结合起来考虑。 2．对系统布置的分析 对物料搬运分析来说，我们需要从布置中了解的信息， 基本上有四点： 1) 每项移动的起讫点（提取和放下的地点）具体位置在 哪里； 2) 有哪些路线及这些路线上有哪些物料搬运方法，是在 规划之前已经确定了的，还是只大体上规定的； 3) 物料搬进运出和穿过的每个作业区所涉及的建筑特点 是什么样的（包括地面负荷，厂房高度，柱子间距， 屋架支承强度，室内还是室外，有无采暖，有无灰 尘等等）； 4) 物料运进运出的每个作业区内进行什么工作，作业区 内部分已有的（或大体规划的）安排或大概是什么 样的布置。 • 当进行某个区域的搬运分析时，应该先 取得或先准备好这个区域的布置草图、 蓝图或规划图，这是非常有用的。 • 如果分析一个厂区内若干建筑物之间的 搬运活动，那就要厂区总体布置图；如 果分析一个加工车间或装配车间内两台 机器之间的搬运活动，那就要这两台机 器所在区域的详细布置图。 • 总之，当我们最后确定搬运方法时，我 们选择的方案必须是建立在物料搬运作 业与具体布置相结合的基础之上的。 7.3.4 移动分析 • 1．收集各项移动分析的资料。 – 在分析各项移动时，需要掌握的资料包括：物料的分 类，路线的起讫点、搬运路径和具体情况，以及物流 量和物流条件。 • 2．移动分析方法： – 1) 流程分析法。每次只观察一类物料，并跟随它沿整 个生产过程收集资料，必要时要跟随从原料库到成品 库的全过程，然后编制出流程图，参见第2章表2-7、 表2-8 。当物料品种很少或是单一品种时，常采用此法。 – 2) 起迄点分析法。起迄点分析法又有两种不同的做法。 一种是搬运路线分析法，另一种是区域进出分析法。 流程 分析 法 流程分析法中的流程线路图 • 某零件接收和检查的物流 流程线路分析 搬运路线分析法 • 是通过观察每项移动的起迄点来收集资料，编制搬运路线一览表，每 次分析一条路线，收集这条路线上移动的各类物料或各种产品的有关 资料，每条路线要编制一个搬运路线表，如下表。 区域进出分析法 • 每次对一个区域进行观察，收集这个区域运进运出的所有 物料的资料，每个区域要编制一个物料进出表，如下表。 3．搬运活动一览表 • 把所收集的 资料汇总， 编制搬运活 动一览表。 • 其中，需要 对每条路线、 每类物料和 每项移动的 相对重要性 进行标定， • 即是著名的 A、E、I、 O、U来划 分等级。 4．各项移动的图表化 • 图表化是将各项移动的分析结果标注在区 域布置图上，达到一目了然的效果。各种 移动的图表化是SHA模式中的一个重要步 骤。 • 物流图表化的方法有三种，即：物流流程 简图、平面布置图上绘制的物流图和坐标 指示图。其中平面布置图上绘制的物流图 由于注明了准确位置和距离，可用于选择 搬运方案，例子如图6-6所示。坐标指示图 是距离与物流量的指示图，如图6-7所示。 平面布置图上绘制的物流图 接线杆生产和包装 工具装配线 接线器装配线 8.0m a 660kg a P a a m g 0 90 6 包装区 m kg a 90kg a 2 c6 11. 105 装箱 B 52 c 0kg cº Íd dd 5m 0 kg kg cº 1 4 .4 m 65kg cº Íd Íd ee e 7 .5 m 量装配 道路 S 站台 m b b 570 kg b b F SA f 850kg f 6 .6 成批装配 1 3 .2 m Pk 单件或小批 g 5k e7 FA 发运 7.2 m a 57 0k 8. 7. P 3 .2m 装配前零件库 电线夹装配线 锁定装置 生产和包装 Pa 北 包装材料仓库 ± È À ý1:300 坐标指示图 距离与物流量的指示图，如下图 66m 18t t 18 75 48m 18t t 18 68 m m 30m 18t 60m 25t 7.3.5 搬运方案分析 • 物料搬运方法是物料搬运路线、设备和容 器的总和。 • 一个工厂的搬运活动可以采用同一种搬运 方法，也可以采用不同的方法。 • 一般情况下，搬运方案都是几种搬运方法 的组合。 1．物料搬运方法及选择原则 1）物料搬运路线的特点及选择原则。 2）物料搬运设备选择原则。 3）选择容器。 1）物料搬运路线的特点及选择原则。 物料搬运路线分为直达型D、渠道型K和中心型C： • 直达型。这种路线上各种物料从起点到终点经过的路线最 短。当物流量大、距离短或距离中等时，一般采用这种形 式是最经济的，尤其当物料有一定的特殊性而时间又较紧 迫时更为有利 • 渠道型。一些物料在预定路线上移动，同来自不同地点的 其他物料一起运到同一个终点。当物流量为中等或少量， 而距离为中等或较长时，采用这种形式是经济的。尤其当 布置是不规则的分散布置时更为有利。 • 中心型。各种物料从起点移动到一个中心分拣处或分拨地， 然后再运往终点。当物流量小而距离中等或较远时，这种 形式是非常经济的。尤其当厂区外形基本上是方整的且管 理水平较高时更为有利。 2）物料搬运设备选择原则。 • 下图所示为距离与物流量指示图，(a)为物料搬运三种形式 选择图，注意：若物流量大而距离又长，则说明这样的布 置不合理。 • 物料搬运设备选择原则。这时要根据距离与物流量指示来 确定设备的类别，见图 (b)。我们一般把设备分成四类， 综合距离和物流量两个指标来选择。 物 流 量 大 直达型 物 流 量 小 布置不合理 间接型 （渠道型或中心型） 距离短 距离长 (a) 物 流 量 大 物 流 量 小 复杂的 复杂的 搬运设备 运输设备 简单的 简单的 搬运设备 运输设备 距离短 距离长 (b ) • 设备按技术或具体性能分类时，可分为起重机、输送机、 无轨搬运车辆和有轨搬运设备。 • 例如，简单的搬运设备如二轮手推车， • 复杂的搬运设备如狭通道带夹具的叉车； • 简单的运输设备如机动货车， • 复杂的运输设备如电子控制的无人驾驶车辆AGV。 物 流 量 大 直达型 物 流 量 小 布置不合理 间接型 （渠道型或中心型） 距离短 距离长 (a) 物 流 量 大 物 流 量 小 复杂的 复杂的 搬运设备 运输设备 简单的 简单的 搬运设备 运输设备 距离短 距离长 (b ) 3）选择容器。 • 容器（搬运单元）是指物料搬运时的基本装载方 式，如散装采用车厢、罐装等，单件采用单件包 装、集装器具等。应根据物料特点和设备来选择 运输与搬运单元。 • 确定了物料方法也就完成了物料搬运初步方案的 大部分工作。结合实际条件和限制，对初步方案 进行分析、评价和修改后，就可以进入搬运方案 的详细设计阶段。 2．搬运方案的详细设计 • 搬运方案的详细设计是在搬运方案的初步设计的总体方案 基础之上，制定从工作地到工作地、或从具体取货点到具 体卸货点之间的搬运方法。详细搬运方案必须与总体搬运 方案协调一致。 • 实际上，SHA在方案初步设计阶段和方案详细设计阶段用 的是同样的模式，只是在实际运用中，两具阶段的设计区 域范围不同，详细程度不同。 • 详细设计阶段需要大量的资料、更具体的指标和更多的实 际条件。 • 这时我们要掌握物料分类、布置和移动分析的详细资料。 • 在完成总体搬运方案和详细搬运方案的设计后，加上外部 衔接和方案的实施两部分，就是SHA阶段构成的完整内容， 也是利用SHA方法进行物料搬运系统设计的内涵。 7.3.6 SHA与SLP的结合 • 从前面SHA的设计是可以看到，搬运设计系统时 必须考虑布置的具体情况，作为布置设计和搬运 系统设计的方法，SLP和SHA有十分密切的关系。 1. SLP和SHA的相互关系 1) 二者具有共同的目标，其出发点都是力求物流合理化 2) SLP和SHA具有相互制约、相辅相成的关系。 2. SLP和SHA的结合 1) 进行SLP时，尽可能考虑到SHA的需要 2) SLP和SHA交叉进行，相互补足 1. SLP和SHA的相互关系 1) 二者具有共同的目标，其出发点都是力求 物流合理化 • SLP的重点在于空间的合理规划，使得物流 路线最短，在布置时位置合理，尽可能减 少物流路线的交叉、迂回、往复现象。 • SHA的重点在于搬运方法和手段的合理化， 即根据所搬运物料的物理特征、数量以及 搬运距离、速度和频度等，确定合理搬运 方法，选定合适的搬运设备，使搬运系统 综合指标达到最优。 1. SLP和SHA的相互关系 2) SLP和SHA具有相互制约、相辅相成的关系。 • 如前所述，良好的设施布置和合理的物料搬运系统相结合 才能保证物流合理化的实现。在进行设施设计时，必须同 时考虑到物料搬运系统的要求，如采用输送带作为主要物 料搬运手段，则各种设施应该按输送带的走向呈线性分布； 如果采用叉车，则应考虑有适当的通道和作业空间。 • 在进行设施布置设计，如果对物料搬运系统中的临时储存、 中间库、成品包装作业场地等未给以足够的注意，则可能 造成投产后生产系统物料拥挤混乱的现象。 • 总之，设施布置设计是物料搬运系统设计的前提，而前者 则只有通过完善搬运系统才能显示出其合理性。所以说， 设施布置设计和物料搬运系统设计是一对搭档。 2. SLP和SHA的结合 • 一般SLP根据产品的工艺设计进行，即根据产品加工工艺 流程的顺序，根据所选定的加工设备规格尺寸，进行布置 设计。 • 而SHA则以布置设计为前提选择适当的搬运设备，以及确 定搬运工艺。由于二者之间的相辅相成关系，这两个步骤 不应孤立地进行： 1) 进行SLP时，尽可能考虑到SHA的需要 • SLP的主要依据虽然是产品加工工艺流程和加工设备的规 格尺寸，但是，对尚未进行的设计的物料搬运系统仍应有 相应的估计。比如： – – – – – 采用连续输送或是单元输送 采用传送带、叉车或是其他起重运输机械 作为物流缓冲环节的临时储存、中间仓库的数量和规模 进料及产品包装、存放的场所 切屑、废料的排除方法，等等。 • 要通过对这些因素的考虑尽可能为SHA创造一个良好的前 2. SLP和SHA的结合 2) SLP和SHA交叉进行，相互补足 • SLP是SHA的前提，对大的步骤 SLP先于SHA，在设计中可能根据 加工设备的规格尺寸和经验数据为 物料搬运系统留出必要的空间。 • 但是，由于搬运设备尚未选定，还 存在一定的盲目性。当SHA设计之 后，可以对SLP的结果进行修正， 相互补足，使这两部分工作得到较 为完善的结合，实现比较理解的物 流合理化。 7.4 搬运作业的改善 • 搬运系统的设计只进行一次，但由于企业 运营后，受到内外各种因素的影响，要不 时进行产品、工艺、原材料等的调整，这 些都会影响到搬运系统。 • 因此在实际工作中经常碰到的是搬运作业 的改善和搬运系统的改进问题。 7.4.1 生产现场的搬运改善 • 在生产现场的物料搬运中还大量存在着原始的搬 运动作，如： – – – – – – – – – 抓取 捆扎 提升 摆上 放下 垒高 挪动 重新取向 翻转等， • 人们分析这些搬运动作，然后以机器来模拟、取 代人工作业。仿生带给我们改进的启迪。 • 在人工搬运还大量存在时，物料搬运系统的设计和改善必 需考虑人机工程学的因素。 • 例如，站立搬运操作时，操作者腰部附近20%高度的区域， 即手臂自然下垂时前臂的区域是黄金区域，在这个区域内 操作时，操作者不需弯腰或翘脚、登高。 • 因此可考虑工作台面、手推车、搁架高度尽量在此区域； 若是以人手进行搬运作业时，腰部以下的高度用于大重物 品，腰部以上的高度用于轻小物品，以利于工作效率和人 货的双重安全。 • 没有实现全自动化的物料搬运系统有许多重复性的手工作 业，在系统设计和改善时要考虑动作经济原则，尽量降低 人体的动作等级、劳动强度。 • 这方面的详细内容请参见工效学方面的书籍。 • 下表所示的是根据生产现场的物料流程的合理化程度而大 致区分的。 • 可以说，类型不同，改进搬运的可能性及着眼点就不同。 7.4.2 改进搬运的着眼点 • • • • • • 1．首先是整理整顿 2．注意操作环节 3．重视放置方法 4．减少不合理搬运 5．安全轻松的搬运 6．应重视搬运的连接点 • 有了上述六项着眼点，我们就会发现问题，然 后分析问题、解决问题，即用作业分析、工序 分析等方法找到问题的症结所在，再用ECRS 原则来改进搬运系统。 1．首先是整理整顿 • 对于日复一日的工作场所，大多数人会因为习惯 而忽视存在的问题。 • 另外，因为厂房狭小，设备陈旧，要改善环境就 必须改善设备设施，购买搬运的机械和材料，而 公司又不愿投入资金，也会让有些人放弃改进搬 运的打算。 • 在这种情况下，首先要从整理入手确保安全通道 的通畅。只要进行了整理，不必多费脑筋，就能 改善工作环境，提高安全生产系数，大大省去物 料不必要的移动，防止物料的误用，从而大幅度 提高工作效率。 • 整理还有一个好处就是，便于发现以前忽视的问 题，找到一个改进的办法。 2．注意操作环节 • 搬运这个词，容易让人联想到平面移动物体，但 上下移动物体更费时间和体力。 • 这要引起注意，例如用起重机搬运重物时，挂上 挂钩，解开挂兜索是最费时间的，也比较容易出 安全事故。 • 向上吊起和移动只要按一下按钮就可以，操作很 简单，时间也短。 • 诸如这样，搬运物体时要进行举起、翻转的操作， 我们把这种操作叫做再操作，用RH表示，比如再 操作是5次的话就用RH5表示。 • 要达到改善搬运方式的目的，就要减少再操作的 次数，对不必可少的再操作，就只有想办法怎样 有效而安全地进行操作。 3．重视放置方法 • 搬运散乱放置的物体时，要绑上挂兜索，底部必 须悬空，如果在卸下时就在其底下垫好垫木，就 可以省去这道工序。 • 搬运有一定数量的物体时，收集在一起搬运，可 以提高效率，因此通常把它们装入袋内、箱子或 捆在一起打包。 • 如果把要搬运的物体摆放在托盘上，就可以方便 地用叉车操作了。 • 从前面介绍的活性系数我们知道，活性系数越高， 越便于搬运。关键在于我们在实际中灵活应用。 4．减少不合理搬运 • 在工厂里，时常会有我们不太注意的搬运是否合理。例如操作小行车 的步骤如下： ①去取挂钩起吊用的挂兜索 ②拿着挂兜索，直到行车的放置场所 ③操作按钮使行车开到想要的操作地点 ④挂好挂钩起吊 ⑤把物料移到下一个位置去 ⑥将物料卸下，解开挂兜索 ⑦将解开的挂兜索还回规定的地点 ⑧回到自己的工作岗位。 • 从以上操作可以看到，只有第⑤项行车搬运着物料，不是空载运。 • 但第③项明显是空载运。在①、②、⑦、⑧项中虽然行车处于停止状 态，但工作人员中断了其他作业。 • 此外，第④、⑥项行车处于运动状态，但不是简单平移，而是上下运 动。 • 所以可以得出除第⑤项外，其余全是不合理搬运，应当设法用取消、 合并、重排和简化（ECRS）原则来改善。 5．安全轻松 的搬运 • 前面提到，企业工伤大部分是与搬运有关的，可见维持安 全轻松的搬运的重要性。 • 货物的搬运方法根据重量、容积和数量来确定。 • 从劳力来看，可以大致分为以下几种搬运方法： – 把物料拿在手上搬运，或是挑在肩上搬运 – 把物料放在小车上，人前拉后推 – 用动力车搬运，如叉车、电瓶车 – 把物料放在专用的传送带上。 • 不管采用哪种方式，必须考虑尽可能地省力、省能，且安 全地搬运。 5．安全轻松的搬运 • 此外，不仅搬运方法重要，对搬运通道的保养也 很重要： – 消除通道的凹凸不平 – 斜坡尽量修成较缓的坡度 – 在通道上不要设置台阶 – 不要把垃圾丢在通道上。弄脏、弄湿了通道， 要及时清除擦干。 • 不言而喻，同样的搬运距离，如果搬运通道始终 保持清洁，就便于安全轻松地搬运物料了。 6．应重视搬运的连接点 • 物料搬运负责衔接各项不同的作业，即使 是采用最高活性系数如传送带来搬运，两 种不同搬运之间，仍存在“连接点上的转 移”，这才是问题的所在。 • 要尽量减少连接点，才能筹划在各输送场 所的操作，使输送物料象流体一样不停地 输送下去。 • 因为在连接点的操作，是不会增值的，也 对生产无益，而且还容易“使产品受损”， “呈不安全状态”，所以必须特别留意。 • 例如金师傅所在的车间是重机加工车间，因为 物料重，靠人力无法搬运，所以只有利用起重 机和手推车来进行作业。 – 金师傅通过学习工业工程，观察工艺的眼力就得敏 锐起来，他分析了以往的加工工艺和作业时间，注 意到可以进一步进行详细分析。 – 在“准备→定位→固定→加工→拆卸”五道工序中， 真正的加工只有第四项一项，其余的都属于物料搬 运。 – 为了减少物料搬运作业，金师傅研究设计出了一种 工位器具，大大提高了效率。 • 其实在实际生产中，常有物料搬运所用时间远 远大于真正加工所用时间，要解决这类问题， 开发专用的工位器具不失为一个好方法。 • 物料搬运和物料搬运系统的基本概念和理论，包 括 本 章 总 结 – – – – – 物料搬运的原则 物料搬运活性分析 单元化和标准化 物料控制系统 物料搬运方程式。 • 搬运系统分析方法SHA， – – – – – – SHA的阶段结构 物料的分类 布置 移动分析 布置方案分析的内容和方法 SHA与SLP的关系。 • 最后论述了如何对搬运系统进行改进，生产现场 的搬运改善和改进搬运的着眼点。并提供实际案 例分析。 习题与案例 • 1. 什么是物料搬运活性系数？物料在运动着的分拣机上活性系数为多 少？ • 2. 在物料搬运中，为什么要强调单元化和标准化？ • 3. 欧洲托盘尺寸为1200×800mm，日式托盘尺寸为1100×1100mm, 美式托盘尺寸为48×40ft，试问它们可以由几个物流基础模数尺寸组 成？以图示之。 • 4. 某工厂的产品需由火车外运，其物流过程如下：首先工厂用汽车将 产品运至火车站，经过卸货、检斤、暂存、装车等环节运走。试用规 定的符号画出物流流程简图。 • 5. 一啤酒公司的某种啤酒的包装和搬运过程如下：先将6瓶啤酒一起 装入纸箱中，然后纸箱以三层每层20箱堆码在托盘上，采用叉车作业。 但是因为啤酒太重，叉车作业时，顶部的啤酒箱子容易滑倒。公司的 搬运工程师想出了以下方法来解决问题： • a. 顶部箱子用框架固定 • b. 用绳子捆扎箱子 • c. 用塑料胶带缠绕箱子 • d. 采用箱式托盘。 • 试讨论分析上述各方法的优缺点，还有其他的方法可以解决这个问题 吗？ 习题与案例 作业3、4、7题 • 6. 飞泽饮料公司一小仓库天花板高4.8米，但因上部有蒸汽管道、 通风和照明设施，实际可用的高度只有3.5米。该公司的产品多 层堆码在托盘上，连托盘总高度为1.8米。在仓库中堆垛以托盘 为单位，这时托盘货物无法叠放。该如何解决这个问题呢？ • 7. 一仓库要存放一批6米长直径为80mm的捆装的不锈钢管。该 仓库原来没有处理过这种货物，叉车工用叉车的货叉插入两捆 钢管之间，慢慢推进来取出一捆钢管搬起。但最后货主检查发 现钢管有变形损坏。请提出几种防止钢管损伤的搬运方法，并 从成本和应用方便角度出发，选择最合适的方法。 • 8. 正道配送公司处理的货物有几百种，尺寸从 80×100×150mm到900×900×900mm不等。所有订单货物 都用包装箱包装好后由货运公司运走。包装过程由两名工人在 一个齐腰高的工作平台上进行。因为有些箱子很大，需要两名 工人同时操作。为加固包装，要用绳带打包或用塑料胶带密封。 这些操作全是手工进行，包装完后按类别由工人手工送到离包 装台12米远的发货台。请问如何改进包装作业？提出方法或设 备来改进上述包装和搬运工艺。 案例 木材公司底座的搬运 • 某木材公司加工电冰箱用的板条式底座，如图612所示，它由3块板条和两块纵梁组成（图中未 注明尺寸单位均为英寸(”)，1英尺(’)=12”，1”合 25.4mm，1磅合454克）。完成的底座重叠堆码， 高度为36”。用包装带打包捆紧后，形成集装搬运 单元（简称为包），用叉车搬运。 请讨论分析以下问题： • a. 计算该搬运单元内底座数量，搬运单元的总重量（不计 包装带重量）。 • b. 如果板条和纵梁先不钉装，运到冰箱厂再钉装。而运输 仍采用上述搬运单元尺寸，此时纵梁和板条分别独立堆码 打包，但底部可以用一个钉装好的底座便于叉车作业。请 计算在不超过上述搬运单元尺寸的情况下，板条包内可以 堆码的板条数量和总重量是多少？纵梁包的呢？ • c. 在b的情况下，需要考虑纵梁包和板条包的配比数量， 则运送1包纵梁需要配套运送多少包板条，使得最后钉装 时，两者数量恰好满足配比？ • d. 上述c问所得比例难得是整数，且纵梁面积小难以叠高， 给实际操作带来困难。因此考虑采用纵梁和板条在一个底 座上交错堆码的方式，即铺满一层纵梁后再铺一层板条。 请问在满足上述搬运单元尺寸和一个底座的配比要求的情 况下，纵梁和板条各应铺多少层，此时总重量为多少？ • e. 完成的底座运输时装入集装箱中，箱体内尺寸 为39’长×90”宽×96”高，箱门尺寸为90”宽×93” 高，按a问的数据，该箱可装入多少底座？若按d 的数据，可装多少底座呢（折合数据）？ • f. 用叉车将底座包装入集装箱时，对叉车有什么 要求？请结合第5章有关叉车数据，选择可用的叉 车类型。 • g. 若改用铁路货车运输，货车箱内尺寸为50’长 ×9’宽×10’6”高，箱门尺寸为8’宽×10’高，上述 e问数据又各为多少？ • h. 上述案例对你有何启示？